廃棄物処理過程で発生するアンモニアの冷媒利用に関する研究
筑波大学
筑波大学

青山
氷鉋

真弓
揚四朗

〔概要〕
現在、日本や韓国における窒素の集中が問題になっている。それは、食料、飼料を輸入に頼っていること、さらに自国農業生産において大量の化学肥料に頼っていることが原因である。窒素は、本来、空気中のＮ2 が、微生物によって固定され、植物、動物がこれを直接、間接的に組織に取り込み、廃棄し、その過程で様々な物質の形に変化し、Ｎ2 に戻る。
かつては、この循環する窒素は、環境負荷の視点から見て、ある許容の範囲を保っていたと理解することができる。交易が進み、さらに化学肥料の製造による大量の窒素固定は、一部の地域、あるいは国に、この許容範囲を超えた窒素化合物があふれることになり、水（河川、湖沼、湾、地下水）環境では富栄養化、大気環境では、地球温暖化、健康被害、酸性雨、また土壌汚染の被害をもたらしている。
本研究では、その解決策の一つとして、窒素循環の過程で発生するアンモニアの冷媒利用を取り上げ、その総合評価を行う。冷媒としてのアンモニア利用は、代替フロン等と比較するとエネルギー効率が悪く、化石燃料に依存する現状では、地球温暖化の観点からはマイナスである。しかし、地球温暖化ガス（GHG）の一つである亜酸化窒素（N2O）、一酸化窒素（NO）や水汚染の原因となる硝酸（NO3−）の発生につながる硝化、脱窒過程への窒素の循環量の減少につながり、仮にこれを適切に処理すると、現状の技術では大量のエネルギーを必要とし、アンモニアの再利用はこれをセーブするメリットがある。メタン発
酵施設による畜産廃棄物の処理は、GHG および水質汚濁の観点からは有望なものであるが、その処理過程で発生するアンモニアの回収は、メタン発酵の安定的運転に必須である。また、アンモニアは、畜産業で問題となる臭気の一つであり、臭気処理からも回収される。
本研究では、アンモニア回収経路を複数想定し、冷媒利用することによるエネルギーのロスを、硝化、脱窒過程でのエネルギー・セーブとアンモニアの人為的生産工程でのエネルギー・投入のセーブで補うことができるかどうかの比較評価を行う。

Utilization of Ammonia Refrigerant Gas from Waste Disposal ProcessIn recent years, nitrogen pollution is a growing environmental problem inJapan and Korea. Human activity has doubled the global rate at which reactive
nitrogen is produced, greatly increasing nitrogen pollution in the environment. The
main problem it causes are chemical fertilizer for agricultural producing, nitrogenoxides (NOx) from industries and engines.And another country nitrogen import that
overflow by food and domestic animal keeping. The nitrogen passes from the air tothe soil, to plants, and ultimately to sustain all animal life, and then returns back to
the air or soil through decay or denitrification. Earth’s atmosphere is about 78%
nitrogen. But it can not used directly as a nutrient by plants because they can notabsorb nitrogen gas. As a result, nitrogen is often the limiting factor for the growthof plants and animals in ecosystems. This is the one reason farmers use nitrogen
fertilizer to support crop growth. The point of view of environmental loads whichfrom mass nitrogen fixation with the production of commercial fertilizer in theregion of country.

Many causes of pollution including of sewage and fertilizers

contain nitrogenous substances exceed to water supply (rivers, lakes, marshes, bay
and underground water) undergo eutrophication. Effects of nitrogen pollution areglobal warming, healthy risk, acid rain, soil contamination, etc.

In this research,

we investigate the refrigerant and utilization of ammonium solution which occurs innitrogen cycle. At present, the utilization ofammonia (NH4) as a refrigerant. It

compares with alternative freon, the lack of energy efficiency that depends on thefossil fuel limiting. On the other hand, all of the green house gas (GHG) are nitrous
oxide (N2O), nitrogen oxide (NO), nitric acid and nitrate (NO3) which cause a waterpollution. It is related to nitrification and decreasing of the circulating quantity of
the nitrogen to denitrification process. We should be save as mass energy as forreuse ammonia with the technology improvement. Processing of livestock waste bymethane (CH4) fermentation facility is promising ones from the viewpoint of GHG
and water contamination. However, the collection of ammonia which occurs withprocess is necessary to stable running of methane fermentation. In addition,ammonia is one of the odor which becomes problem within the livestock industry. It
is collected even from odor processing.This research investigates this phenomenon
in Japan, describing the region's largest sources of nitrogen pollution, the problems
it causes, and the policy options that could reduce its production and diminish its
effects.